電磁推進
電磁推進
利用導電氣體中電流和磁場間的相互作用力使氣體高速噴射而產生推力的一種推進方法。使用的工作介質是電離的高溫氣體──等離子體,故又稱等離子體推進。由於用電磁加速原理可以得到比用化學燃料高1~2個數量級的排氣速度,所以電磁推進系統的比沖比化學燃料推進系統高得多。
,曾探索磁推。早制簡單弧熱射流磁流加速器等,有比沖較低、重量大和電極損耗較嚴重等缺點。70年代採用的有磁等離子體動力電弧射流推進器(簡稱 MPD推進器)和脈衝等離子體推進器(簡稱PPT推進器)兩類。
簡單弧熱射流展。示,介質弧形離。低壓,流遍及整極射流形布。流磁互軸速,產沖。
產推
①電流和其自身磁場間的相互作用;
②電流和外加磁場間的相互作用;
③高溫氣體在噴管中的膨脹。在高性能MPD推進器中,第一項起主要作用,磁場力推動等離子體,使後者高速噴射而產生推力。由於推力和電流平方成正比,而熱損耗和電流成正比,故應使電流和功率儘可能大,以提高推進器的效率,並用斷續工作的方式達到所要求的推進器平均功率。
此外,霍耳效應(見磁流體發電)也是產生推力的機理之一。磁場對電弧的磁約束作用使電弧離開噴管壁面,並使氣體離開陰極表面。這可減少噴管受熱並使陰極避免遭受大量離子的轟擊,從而減少陰極材料的損耗,延長噴管和電極的壽命。
估算公式
推進器產生的推力可按下式估算,
式中F為推力(牛頓);η為總效率(排氣動能與總耗電量之比);為總耗電功率(兆瓦);I為比沖(米/秒)。大功率MPD推進器的總效率可以達到,比沖可以達到10000×9.81米/秒。由於氣體保持電中性,沒有空間電荷的影響,可以得到較高的推力密度(單位截面的推力),其數值可比離子火箭高 1000倍。MPD推進器的研究方向是發展電源系統,增加功率,使電流的分佈能更有效地產生推力,以及延長壽命和提高可靠性等。
有同軸電極和平行軌道電極兩種類型。用引燃火花使電容器通過電極產生微秒級至毫秒級的大電流脈衝放電,使固體推進劑(一般用聚四氟乙烯)表面發生燒蝕和氣化。氣態產物在放電過程中形成等離子體。氣體中的電流與其自身磁場之間的相互作用力使等離子體高速排出而產生推力。用外加磁場可使推力增加一倍。由於脈衝運行方式和推進過程不易做到像 MPD推進器那樣有效,實際達到的平均比沖較低(1500×9.81米/秒,一般只有幾百乘9.81米/秒)。但因為它的工作過程簡單,固體推進劑的貯存和供給簡便,推進器體積小、重量輕、可靠性好,脈衝工作方式便於控制推力,所以已應用於保持同步衛星的軌道位置和控制行星探測器的姿態,並準備用於控制衛星的三軸姿態和抵消阻力等方面。 PPT推進器的研究方向是提高比沖,改進電源系統和提高可靠性等。上頁附表列出空間推進裝置的性能參數對照表。